WO2008081554A1 - 各種植物および微生物の水質浄化機能を利用した富栄養化汚染水域の総合的水質改善システム - Google Patents

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Yugen Kaisha Aurora Bunka Koryusha
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    • Y02W10/30Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
    • Y02W10/37Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy

Definitions

  • This invention uses a variety of useful plants and microorganisms existing in nature in a complex and comprehensive manner, and wastewater that has deteriorated in water quality due to eutrophication pollution based on nitrogen and phosphorus mainly from domestic wastewater. It is related to a new water quality improvement system that cleans the area without causing any environmental impact. Background art
  • This floating island unit is basically a combination of a buoyancy structure base and a net-like structure, but there are generally two types of materials currently used for floating island units.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2 0 0 4-2 3 7 1 4 1
  • Ainud is certainly strong and resistant to spoilage, but if we try to use the material to make an effective water quality purification floating island, it will be renewed.
  • Capital investment of hundreds of millions of yen will be required.
  • the cost for manufacturing a l m X l m floating island base will be approximately 10 to 200,000 yen.
  • the wind is strong on a large surface of a lake such as a lake, so it is not stable on a floating island with a small footprint, and is not suitable for growing tall plants with excellent water purification capabilities.
  • material deterioration due to exposure to sunlight is fast, and the floating island material itself may cause water pollution, and it may be easily destroyed if ships touch it in a state of insufficient strength. .
  • budgetary restrictions are imposed, and the area of floating islands is inevitably limited to a limited area of the water area where water quality needs to be improved, and there are relatively small areas such as ponds and swamps. In the water area, even if the water purification effect is confirmed at the experimental level, it is impossible to effectively achieve the water purification of the whole large water area such as a lake.
  • the present invention was devised as a result of repeated research, experimentation, and examination to solve the problems in the prior art as described above.
  • recycled materials such as waste tires are used.
  • various new devices are accumulated to realize a comprehensive water quality improvement system that is most suitable for the specific conditions of the site. Specifically, it is as follows.
  • Water quality purification function of various plants and microorganisms which can be selected and adhered in accordance with the environmental conditions of the plant, and can simultaneously improve the water quality at the water surface, underwater, and bottom.
  • a comprehensive water quality improvement system for eutrophication-polluted water is provided.
  • the overall buoyancy is increased by adopting a structure in which buoyancy materials such as waste foamed steel can be fixed in the hollow part of the center of the waste tire used as a buoyancy structure member.
  • buoyancy materials such as waste foamed steel can be fixed in the hollow part of the center of the waste tire used as a buoyancy structure member.
  • a buoyant material such as waste foamed polystyrene in the hollow portion at the center of the waste tire
  • a wire netting material such as stainless steel is used, and various plants and microorganisms described in the above (3) are used.
  • a spacer made of a material that also serves as a cushioning material is disposed to form a space of about 2 to 5 cm between the wire mesh material such as stainless steel and the surface of the waste tire.
  • buoyancy material such as waste foamed polystyrene is fixed in the hollow portion at the center of the waste tire, and the buoyancy material contained in the hollow portion is sandwiched between the upper and lower sides with a metal mesh material and firmly fixed by fixing means such as bolts and nuts.
  • buoyant materials such as waste foam foam are packed in a bag made of breathable and stretchable materials, they are further packed in a natural rubber bag that does not allow water to pass through.
  • the lower part of the main body of the plant floating island, anchors, weights, and connecting members are all made of a material with a large contact area with water, thereby maximizing the water purification function of various plants and microorganisms.
  • the bottom of the water purification tank is laid with a material that uses a porous surface material to create a suitable environment for plant growth and microbial growth,
  • the treated purified water is drained to the installation water area so that it does not mix with the sewage before treatment, and therefore, the water purification process itself is designed to use no artificial energy at all.
  • Microorganisms having water purification functions fungi that degrade proteins and fats, fungi that degrade plant fibers, fungi that fix nitrogen in the air and water, fungi that absorb salt
  • the water quality of various plants and microorganisms as described in any one of the above items (1) to (14), wherein one or a combination of a plurality of species is selected according to the condition of the water area A comprehensive water quality improvement system for eutrophied sewage water using the purification function.
  • waste tires, tubes, and waste polystyrene as buoyancy structural members of plant floating islands, we can obtain materials that are free from the risk of toxic substances such as chemical substances and environmental hormones from being dissolved in the applicable water areas at low cost. It can be used in large quantities, and an effective water quality improvement effect can be quickly realized even in a wide range of applicable water areas.
  • the buoyancy material such as waste foamed polystyrene can be fixed in the hollow part of the center of the waste tire used as a buoyancy structure member, so that the overall buoyancy is increased. Even if a heavy object is placed on the structural member It becomes possible to float on the surface of the water. That is, by using a member having such a structure, it is possible to continue to float on the water surface even if a heavy object is placed thereon, and a safe structure can be achieved even if a person or the like is placed thereon.
  • a buoyancy material using waste expanded polystyrene can be fixed in the hollow part of the center to achieve a buoyancy improvement of 30% or more, and several buoyancy structures If you use things, you will be able to fully support the people who work.
  • a stainless steel or other metal mesh material is also formed with a recessed saddle that follows the shape of the hollow part at the center of the waste tire.
  • buoyancy material such as waste polystyrene foam
  • a bag made of breathable and stretchable material After filling buoyancy material such as waste polystyrene foam into a bag made of breathable and stretchable material, it is further packed into a natural rubber bag that does not allow water to pass through, and it is finely packed inside the waste tire. This makes it possible to appropriately eliminate the difficulty of packing that occurs when crushed waste polystyrene foam is packed inside the waste tire.
  • the finely crushed polystyrene foam is very light and slippery, so it is difficult to pack a sufficient amount inside the waste tire. Therefore, for example, a bag made of a material with sufficient breathability and stretchability, such as stockings, is first used to pack waste foamed polystyrene that has been finely squeezed at the required density, and the bag is further natural. It was packed in a separate rubber bag and filled inside the waste tire.
  • the filled polystyrene itself is not immersed in water, and sufficient buoyancy can be imparted to the waste tire in a stable state for a long period of time.
  • the bottom of the main body of the plant floating island, the anchor, the weight, and the connecting member are all in contact with water Because it is made of a material with a large volume, it is designed to make the most of the water purification function of various plants and microorganisms. Water quality improvement effect can be realized by utilizing the natural purification power of microorganisms.
  • the anchor is made of stone with a porous surface and is equipped with a dredging structure and an acute angle structure so that it can be easily fixed to the bottom of the installation site. Floating islands can be properly secured at the installation site by anchor dredging effects, and can be realized in water areas aiming for desirable water quality improvement effects.
  • Various plants and microorganisms to be used are selected according to the state of sewage to be treated, and the treated purified water is drained into the installation water area so that it does not mix with the sewage before treatment, and therefore the water purification treatment itself Is designed not to use human energy at all, so that the natural topography of the application site, such as a step, can be used to the maximum while oxygen, etc., necessary for the activities of plants and microorganisms.
  • Use Incorporated into the treated water using the aerobic equipment, and operating the water quality improvement system in the domestic wastewater contaminated water area in harmony with the surrounding natural landscape without using any artificial energy and functioning effectively over a long period of time Is possible.
  • As a plant with water purification function, it is suitable for hydroponics, has high nitrogen and phosphorus absorption capacity, has excellent production control, has good harvestability, and does not adversely affect the surrounding ecosystem.
  • the entire water quality improvement system can be adapted to the conditions of the application location, and it will not be superior in power, effectiveness or economics, but only using the natural environment and natural materials. Nevertheless, it will be able to achieve a performance that is not inferior to that of an artificial water quality improvement system.
  • By selecting either roses, edible fragrances, coryus, or kenaf as plants that have water purification functions, the scenic nature of the applicable water area is excellent while absorbing phosphorus and nitrogen derived from domestic wastewater.
  • microorganisms excellent in their degradation function are mainly used in water areas contaminated with a large amount of protein and fat, and microorganisms suitable for the decomposition of soot in contaminated water areas due to a large amount of fiber discharged.
  • microorganisms with excellent salt absorption ability are used in the contaminated water area due to salt damage.
  • microorganisms and bacteria with excellent decomposing ability for such specific substances are known, but the most appropriate one should be selected according to the actual environmental conditions of the contaminated water area. In addition, a mixture of various microorganisms and bacteria should be combined in the complex contaminated water area to give the desired water quality improvement effect.
  • the system of the present invention can arrange various kinds of plants, microorganisms, bacteria, etc. at desired positions such as water surface, water, water bottom, etc., and allow them to grow and reproduce properly, resulting in complicated and diverse environmental conditions.
  • the water purification function that is most suitable for the situation of the contaminated water area can be realized.
  • Fig. 1 is a schematic illustration of the basic unit structure of the plant floating island of the present invention.
  • Fig. 2 shows the case where a plurality of basic structures are connected and actually installed in the applicable water area. It is explanatory drawing which showed one example of.
  • 1 is a plant floating island
  • 2 is a buoyancy structure
  • 3 is a waste tire
  • 4 is a styrene foam fragment
  • 5 is a breathable and elastic bag
  • 6 is a natural rubber sealed bag Body
  • 7 is a hollow portion in the center of the waste tire
  • 8 is a recessed saddle
  • 9 is a water surface
  • 10 is a wire mesh member
  • 1 is a space
  • 1 is a spacer
  • 1 is a connecting material
  • 1 4 is a floating island work passage.
  • the system of the present invention is mainly intended to purify the water quality of polluted water that has been eutrophied by nitrogen gallium derived from domestic wastewater, and can be obtained at low cost in order to efficiently purify the entire large contaminated water area.
  • Inexpensive structural materials such as recycled materials While using it, eliminate artificial materials as much as possible so as not to adversely affect the natural environment, and the effective water purification function utilizes the ability to decompose and absorb natural plants, microorganisms, bacteria, etc. Is.
  • the size of the tires may be for ordinary passenger cars or large vehicles.
  • the diameter will be several tens of centimeters to l ni, but if these parts are filled with buoyant material such as a foamed steel mouth that is close to the air and has buoyancy, there is no gap between them. It has been confirmed that a buoyancy of around 30 to 4 O kg can be obtained per tire.
  • Styrofoam is preferred as the buoyancy material, but it is sufficient to recycle discarded materials.
  • the expanded polystyrene In order to fill the inside of the tire without gaps as described above, it is necessary to use the expanded polystyrene in a fine granular form having a diameter of several centimeters or less, preferably about 1 cm or less, not as a large lump.
  • crushed foam or styrene foam is packed in a bag made of materials that can be used stably for a long time, such as those made of natural rubber, and do not dissolve chemicals that may adversely affect the environment. Therefore, it is necessary to fill the inside of the tire.
  • the buoyancy material used in the present invention is basically produced in this way.
  • the buoyancy structure based on the waste tire and waste foam mouthpiece produced in this way can float on the water surface with the same buoyancy as a normal tire filled with air. And even air over a long period of more than a few years Leakage does not reduce buoyancy, and chemical substances that contaminate applicable water areas do not elute.
  • the floating island for plant growth used in the present invention is composed of a combination of a plurality of buoyancy structures based on such waste tires and waste styrofoam as a base material, and the buoyancy as a whole is sufficient. It is formed so as to obtain The method of combination is applicable.
  • the situation of the water area to be applied is not a problem if it is considered that an appropriate one is selected in relation to the type and weight of the plant to be grown.
  • a buoyancy of about 20 to 3 O kg can be obtained with one buoyancy structure of the present invention using waste tires, so it is easy to float on the water surface while growing about a year-long plant. is there.
  • a structure in which the weight is dispersed among multiple buoyancy structures is adopted. It has been experimentally confirmed that a stable and safe state can be maintained even when a weight of around kg is partially applied. A method developed to further improve the buoyancy of the buoyancy structure employed in the present invention will be described.
  • the waste tire has a donut shape with a hollow center portion, even if the crushed foamed polystyrene can be sufficiently filled inside the tire, no buoyancy can be produced in the hollow portion. Is understood. Therefore, it is desirable to further increase the total amount of buoyancy per buoyancy structure in places where heavy objects of a certain level or more are to be placed or used as workers' movement paths. Therefore, in the present invention, a method for increasing the buoyancy of the buoyancy structure as a whole by fixing the buoyancy material appropriately collected using a bag as described above to the hollow portion of the center of the tire. Has also been proposed.
  • the upper and lower sides of the buoyant material housed in the hollow part of the tire are sandwiched by using a metal mesh material such as stainless steel, and are integrated by utilizing known fixing means using bolts, nuts, etc. .
  • a metal mesh material such as stainless steel
  • this structure with improved buoyancy can support a considerable number of heavy objects with a smaller number, and is preferably used for a work passage when carrying out the present invention. is there.
  • the buoyancy material constructed on the basis of the waste tire and the waste foamed polystyrene as described above will be equipped with a structure for actually growing plants within the practical buoyancy range.
  • the plant root In the present invention, it is necessary to absorb the nitrogen content and phosphorus content of the applied water area through the root of the plant to be grown, and therefore the plant root must have a structure that can actually absorb moisture from the applied water area. .
  • the roots of the plants to be adopted must be in direct contact with eutrophied contaminated water.
  • plants are planted in a net-shaped cocoon member so that the water in the applicable water area that permeates through the net touches the roots.
  • normal soil used as the soil for planting, it will melt through the mesh and pollute the water area, and if the soil flows out, the plant itself cannot continue to grow. Even if soil that does not flow out remains, the roots of the plants remain immersed in the water, so they cannot breathe and cannot grow normally.
  • a new soil material that does not flow out from the mesh of the cocoon member and that can supply oxygen to the roots of the plant for a long period of time is adopted. That is, it is a ceramic granular material having at least a surface porous structure and having a particle size larger than the mesh of the collar member. Such a porous ceramic material can also be obtained in large quantities at a low cost as a recycled material for waste ceramics. In the present invention, it is only necessary to process the particles so as to have a particle size equal to or larger than that of the mesh. Since porous ceramics retain air in their micropores, plant roots can use this to respire and therefore normally grow when the roots are immersed in water. Even terrestrial plants that cannot be made will be able to grow effectively.
  • terrestrial plants usually absorb 10 to 20 times more nitrogen and phosphorus than aquatic plants. It is known that the superiority of water purification using terrestrial plants can be understood.
  • this porous ceramic material can be used in water and in the bottom of the water by changing its specific gravity, etc.
  • the micropores can be used for various microorganisms and bacteria that can decompose various toxic substances and purify water. It can also be used as a suitable growth place.
  • the porous ceramic material plays an important role in the present invention that purifies water quality of contaminated water areas by comprehensively utilizing the water purification function of various microorganisms and bacteria.
  • FIG. 1 An example of the most basic structural schematic diagram of the plant floating island 1 of the present invention as described above is shown in FIG.
  • the buoyancy structure 2 is formed on the basis of the waste tire 3 and the waste foamed polystyrene crushed pieces 4 filled therein, but the waste foamed polystyrene broken pieces 4 are stretchable and breathable.
  • the waste foamed polystyrene 4 that has been granulated is filled into the waste tire 3 in a smooth enough amount and is sealed, so that it can be maintained for a long time without direct contact with water, and flows into the water area. There is nothing lost.
  • the hollow portion 7 at the center of the waste tire 3 is fitted with a recessed indented portion 8 made of a stainless steel wire mesh material following the shape.
  • a mixture of granulated materials is used as soil for the present invention, and various aquatic plants suitable for removing pollutants from the applicable water area are planted.
  • About half of the recessed ridge part 8 will be submerged in the water below the water surface 9, and the moisture in the applicable water area will permeate into the soil of the porous ceramic granule material.
  • the phosphorus content is absorbed by the plant roots for its growth.
  • a metal mesh member 10 made of stainless steel or the like is also integrated with the recessed indented part 8 on the waste tire 3 which is a buoyancy structure, or is mounted separately. This is for growing various appropriate plants in the plant. Plants to be used in this part are those whose roots that grow through the mesh directly enter the water of the applied water area, and from there, it is desirable to absorb nitrogen, phosphorus and other pollutants together with moisture. However, it may be of a kind close to aquatic plants that can be expected to grow normally. Furthermore, in this case, a space 11 is formed so that a slight space 11 is formed between the surface of the waste tire 3 and the wire mesh member 10 so as not to prevent the roots from growing through the gaps of the mesh. Install Sir 1 2 in advance.
  • the spacer 12 is preferably made of a material that can also serve as a cushioning material for the waste tire 3 and the wire mesh member 10. It is the actual use situation of the present invention that a plurality of basic components of such a plant floating island 1 are combined in a bowl shape and installed in a wide range of applicable water areas. An example is shown in Fig. 2. In other words, a plurality of basic components are connected using the connecting material 13 to form a large plant floating island 1 as a whole.
  • the connecting material 13 should be selected to be light and strong enough, but from the gist of the present invention, a material that adversely affects the applied water environment should not be used. In addition, recycled materials that can be obtained at low cost should be used so that they can be applied to a wide range of water bodies at low cost.
  • the overall shape of the plant floating island 1 that combines multiple basic components can be freely determined according to the topography of the contaminated water area to which it is actually applied.
  • Plant Ukijima 1 in order to achieve an effective water quality improvement effect for a large polluted water area, it is necessary to apply Plant Ukijima 1 within a reasonable range, and in that respect, cost reduction through the recycling of waste
  • the realization of the present invention can actually achieve an effective effect that exceeds the contents of laboratory implementation.
  • Floating island work passages 14 are designed so that the weight is applied to the combination of basic structures that improve buoyancy as described above, so there will be no hindrance to traffic of workers. .
  • the present invention is not limited to improving water quality using various plants grown on the floating island 1, but also includes anchors, weights, and other components for fixing the floating island 1 to the water area.
  • various aquatic plants, aquatic plants, microorganisms, bacteria, etc. are selected and combined according to the application conditions, so that not only the surface of the water but also the underwater
  • comprehensive waterside environmental purification is achieved by improving the water quality improvement effect at the bottom and the bottom of the water.
  • the present invention proposes a more effective water quality improvement system by utilizing not only plant floating islands but also some topographical conditions of the applicable water area.
  • the water area is divided into two or more multi-stage areas, and gradually as the water flow proceeds from the joke to the lower stage.
  • the topography itself is processed to take a form in which water purification proceeds.
  • the terrain near the inlet is a multistage purification facility, and water quality purification is performed before contaminated water flows into lakes, etc. It is intended to prevent the polluted water area from expanding.
  • plant groups, microorganism groups, and bacteria groups suitable for eliminating the contamination state at the application location are prepared in combination at each stage, and these plant groups, microorganism groups, and bacteria are prepared at each stage.
  • the environmental conditions suitable for the growth of the class are prepared.
  • certain plants, microorganisms, and bacteria that have a water purification function can be obtained by placing porous ceramic fragments on the bottom of the applicable water area. It creates a base environment that is easy to grow and reproduce, and aerodynamics are created by the flow of water over the steps to absorb oxygen appropriately in the water, ensuring the respiration of plant roots, microorganisms, and bacteria.
  • This multi-stage sewage purification system uses the natural topographical conditions of the applicable water area to the utmost, and does not employ measures that have a large impact on the environment, such as large-scale excavation work or concrete topographic deformation work. .
  • the plant floating islands of the present invention are also used together to grow appropriate plants, microorganisms, and bacteria according to the pollution status for water purification.
  • the total number of roots during water purification cultivation ⁇ Ni 3 ⁇ 4 y
  • the length was 2.04m / pipe, but it was 120.29m / pipe 80 days after the start of the experiment, growing about 59 times.
  • the total weight of the plant was 29g / pipe.
  • 176g / book increased.
  • the TN purification rate is about 70%.
  • Applicable plants incense, rose, jasmine, coffee beans, aloe, gazania, etc.
  • the experiment was conducted from August 2004 to January 2005 at Tsugaike, Yunnan, China.
  • the plant floating island of the present invention was installed in 2% of the eutrophic water area by about 300 rrf of nitrogen gallium, and the above plants were planted and grown.
  • the water purification effect of the applied water area after 5 months from the start of the experiment is as follows.
  • Raw water Treated water removal rate 1.815 0.177 90.2%
  • the annual average water temperature is 0 ° C or higher
  • various plants used in the present invention are eutrophication-polluted with living wastewater in an environmental condition where they can survive and grow.
  • Proper water purification is possible for lakes, rivers with slow flow, park ponds, dam lakes, etc., and basic structures are constructed with recycled products. Therefore, effective implementation can be achieved at the cost of one tenth of the existing water purification system.
  • the purification effect is several tens of times that of aquatic plants, and the range of plant selection is greatly expanded. In other words, harvestable plants that can be expected to have economic effects, and plants that have the ability to absorb special components such as heavy metals can be used appropriately. Therefore, the economic effect of harvesting can be expected at the water purification plant.
  • the plant floating island of the present invention can be installed even in a lake with strong wave winds, etc., and it can be provided as a maintenance passage by appropriately providing a work passage.

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Abstract

燐や窒素などを多量に含む富栄養化された生活排水の流入により汚染された湖や沼、池、川などの水面に浮かべて根から富栄養価成分を吸収することで水質浄化機能を有する植物を栽培・繁茂させる植物浮島、植物浮島を水底に固定するためのアンカー、植物浮島の水面での浮き具合を調整するための重り、植物浮島とアンカーと重りとを連結する連結部材とにより構成され、植物浮島の本体下部、アンカー、重り、連結部材の少なくとも何れかに富栄養化成分を吸収する能力をもった水棲植物や好気性または嫌気性の微生物を設置水域の環境条件に適合して選択し付着させることで、水面部、水中部、水底部のすべてにおいて同時進行的に水質改善効果が得られる各種植物および微生物の水質浄化機能を利用した富栄養化汚染水城の総合的水質改善システムである。

Description

明細書 各種植物および微生物の水質浄化機能を利用した富栄養化汚染水域の総合的水 質改善システム 技術分野
この発明は、 自然界に存在する有用な各種植物や微生物を複合的且つ総合的 に利用して、 主に生活排水などによる窒素やリンに基づいた富栄養化汚染によ つて水質劣化している汚水域を、 環境への影響をまつたく与えずに清浄化する ための新規な水質改善システムに関するものである。 背景技術
ビルマやベトナム、 南米など世界各地の湖、 特に耕作用地の少ない高原湖に 住む人々は野菜栽培を目的として彼らの伝統的な手法により独特の浮島を湖上 に作っていることが知られている。 その浮島の材料は、 木の枝、 椰子殻、 草、 泥などであり、 栽培される植物の根が水中にまで張り出して、 その結果、 水中 に含まれている窒素やリンなどがその根によって吸収され、 また、 光合成の結 果による酸素を水中に送り込むことで水質が浄化され、 この水質浄化作用によ り、 このような水域に住む人々の生活廃水や家畜の排泄物などに由来する湖そ の他の水域の水質汚染が低減されていることに近時注目が集まつて来ている。 すなわち、 野菜栽培目的を離れて、 このような植物の水質浄化効果を利用す る目的で、 湖、 川などに浮島を作り、 それにより水質浄化処理を行う方法が提 案されているのである。
つまり、 水浄化用浮島として、 工業的に浮島ユエットを製作し、 これと植物 を組合わせて完成させるものである。 この浮島ユニットは、 基本的に浮力構造 基盤と網状構造体との合わせで出来上がるものであるが、 浮島ュニットについ て、 現在一般に用いられている材料は大抵以下の 2種類である。
( 1 ) 浮力構造部分を作る、 発泡材料入りポリエチレン管、 塩ビパイプ、 合 成樹脂など。
( 2 ) 網状構造体を作る、 ヤシ繊維と耐水ラテックス、 またポリエチレンネ ットなど。
また、 浮島ユニットの浮力構造部分を作る新素材として、 例えば、 アイン株 式会社の技術により製造されたアインゥッドを浮力枠材として利用する新型浮 島の提案がある。 アインゥッドは、 木粉 5 5 %と P P、 P Eなどの廃材原料 4 5 %を合成した新型材料である。 中空部分に発泡材料を入れる。 また、 網状構 造体としてはポレエチレンを利用する。 両者によって浮島ュ-ットが出来上が る。
また、 一方では浮力構造部分としてこのような工業製品を用いず、 十二分な 浮力を持ちながら適切な処理を行うことで環境を汚染する化学物質などが溶け 出すおそれもなく、 リサイクル材料として非常な低コストで入手可能な廃発泡 差替え^弒 m スチロールや自動車タイヤおよびそのチューブを利用し、 その他の構造部分に ついても安価且つ安全な自然由来材料のみを用いて水質改善用浮島を構成し、 結果として適用水域全体に対する効果的な水質改善を実現しようという提案も なされて来ている。
さらに、 以下の文献に示すような提案もなされている。
特許文献 1 特開 2 0 0 4— 2 3 7 1 4 1号公報
発明の開示
発明が解決しようとする課題
まず、 上記した伝統的手法による浮島の場合には、 木の枝や椰子殻、 草や泥 といったこれらの材料自身は時と同時に腐敗し、悪循環の原因ともなり、また、 これで大きな湖全体の水浄化に役立つような大規模なものを作ることが困難で あるという欠点がある。
さらに、 上記した工業製品的材料により浮島ユニットを作る場合には、 塩ビ パイプやポリエチレンは耐久性に優れたものではなく、 却って環境ホルモンを 水中に溶かしだすおそれがあり、 椰子殻繊維なども水中での腐敗が早いので新 たな汚染源となる可能性が高い。 また、 コス トが高く、 例えば、 2 m X l . 9 mの浮島製造コストが約 1 0万円もかかってしまい、 これでは設置できる面積 が限られてしまうので、 はっきりした水質浄化効果を得ることが現実的には不 可能である。
さらにまた、 ァイン株式会社のァインウッドを用いるものについても、 確か にアインゥッドは強度があり腐敗しにくいものではあるが、 実効性のある水質 浄化用浮島を作るためにその材料を使おうとすれば新たに何億円という設備投 資が必要になってしまう。 しかも、 l m X l mの浮島基盤を製造するためのコ ストは約 1 0〜2 0万円必要になると見積もられている。
また、 特開 2 0 0 4— 2 3 7 1 4 1号公報のごときに開示された技術もそれ なりに有利な点を持つものであるとしても実際に低コストで広範囲に実施する には適したものとは言レヽ難レ、。
何れにしても、 上記 2つの方法は実際の設置技術が複雑であり、 人力、 経費 等もかかって相当な高コス トにならざるを得ず、 したがって、 現実的には大き な面積の湖等を全体的に有効に水質浄ィヒすることは困難であると思われる。 上記のように従来の浮島では、 現実問題としてコスト等の関係から、 その設 置面積が非常に限られたものになってしまうので、 以下のような問題が生じて しまう。
例えば、 湖のように大きな面積の水面上は風が強いので小さな設置面積の浮 島では安定性が弱く、 水質浄化能力に優れた丈の高い植物を栽培するには不適 当である。 また、 太陽光線を浴びることによる材料劣化も早く、 浮島材料自体 が水質汚染の原因になってしまうこともあり、 さらに強度が不足した状態で船 等が接触すると簡単に壊されてしまう恐れがある。 結局のところ、 コストが高いので予算的制限を受け、 浮島の設置面積は水質 改善したい水域のごく限られた部分とならざるを得ないのが現状であり、 池や 沼といった比較的小さな面積の水域においては、 実験的レベルで水質浄化効果 を確かめられても、 湖等の大きな水域全体の水質浄化を実効的に達成すること は不可能である。
また、 近時の色々な研究データによれば、 植物の水質浄化能力はさまざまで あるが所定水域全体の水質浄化を図るのであれば、 少なくともその水面総面積 の 5 . 6 %以上に対して実施しないとその効果が現われないことが判ってきて いる。 したがって、 湖のような広大な水域を浄化するには相当に大規模な浮島 設備としなければならないのである。
現在、 全世界では経済成長に伴って人口増加が急速に進む地域があり、 そこ での生活排水に基づく水域の水質の悪化現象が深刻な問題となってきている。 特に、 住民の生活や生産活動の水源となっている大きな湖や川の汚染が酷く、 このような汚染を防止し、 さらにその水質改善を図ることが地球規模において 重要な課題となっている。
また、 浮力構造物として自動車の廃タイヤ等を利用する提案は、 有効なリサ ィクル手法であり、 その低コスト性から相当な広範囲の水域においても実証実 験が行われその効果が確認されてきている。 しかしながら、 主に生活排水を原 因とする水質汚染といっても場所や時期によって変化があり、 また水中や水底 における水質汚染をも効率的に浄化して総合的な水質改善を図る必要性も高い。 さらに、 住民の生活排水に起因する汚染物質といってもさまざまな種類や組 合せ、 程度があり、 植物や微生物の水質改善機能を活用するとしても実施場所 や時期に適した適用規模や組合せを総合的に研究する必要が認識されつつある。
課題を解決するための手段
本発明は上記したような従来技術における課題を解消すべく研究 ·実験 ·検 討を重ねた結果創案されたものであり、 実効的な低コスト性を実現するために 廃タイヤ等のリサイクル材料を活用しながら、 実施場所の環境への負荷を与え ない材料を吟味し、 しかも実施場所の具体的な条件にもっとも適した総合的な 水質改善システムを実現するように種々の新工夫を積重ねて有機的に組合わせ たものであり、 具体的には以下の如くである。
( 1 ) 燐や窒素などを多量に含む富栄養化された生活排水の流入により汚染 された湖や沼、 池、 川などの水面に浮かべて根から富栄養価成分を吸収するこ とで水質浄化機能を有する植物を栽培 ·繁茂させる植物浮島、 植物浮島を水底 に固定するためのアンカー、 植物浮島の水面での浮き具合を調整するための重 り、 植物浮島とアンカーと重りとを連結する連結部材とにより構成され、 植物 浮島の本体下部、 アンカー、 重り、 連結部材の少なくとも何れかに富栄養化成 分を吸収する能力をもつた水棲植物や好気性または嫌気性の微生物を設置水域 の環境条件に適合して選択し付着させることで、 水面部、 水中部、 水底部のす ベてにおいて同時進行的に水質改善効果が得られることを特徴とした各種植物 および微生物の水質浄化機能を利用した富栄養化汚染水域の総合的水質改善シ ステム。
( 2 ) 植物浮島の浮力構造部材として廃タイヤやチューブ、 廃発泡スチロー ルを利用することを特徴とする前記(1 )項に記載の各種植物および微生物の水 質浄化機能を利用した富栄養化汚染水域の総合的水質改善システム。
( 3 ) 浮力構造部材として利用する廃タイヤの中心の中空部にも廃発泡スチ 口ールなどの浮力材料を固定できる構造とすることで、 全体の浮力を増大させ ていることを特徴とする前記 (1 ) 項に記載の各種植物および微生物の水質浄 化機能を利用した富栄養化汚染水域の綜合的水質改善システム。
( 4 ) 廃発泡スチロールなどの浮力材料を廃タィャの中心の中空部に固定す る構造として、 ステンレス製などの金網材を用いることを特徴とする前記 (3 ) 項に記載の各種植物および微生物の水質浄化機能を利用した富栄養化汚染水域 の綜合的水質改善システム。
( 5 ) ステンレス製などの金網材に廃タイヤの中心の中空部の形状に追随し た凹入籠部をも形成していることを特徴とする前記 (4 ) 項に記載の各種植物 および微生物の水質浄化機能を利用した富栄養化汚染水域の綜合的水質改善シ ステム。
( 6 ) ステンレス製などの金網材と廃タイヤ表面との間に 2〜 5 c m程度の 空間を形成するために緩衝材にもなる材質の部材によるスぺーサーを配置した ことを特徴とする前記 (4 ) 項または (5 ) 項に記載の各種植物および微生物 の水質改善機能を利用した富栄養化汚染水域の綜合的水質改善システム。
( 7 ) 廃発泡スチロールなどの浮力材料を廃タィャの中心の中空部に固定す る構造として、 中空部に収容した該浮力材料の上下を金網材で挟み込みボルト とナットなどの固定手段により強固に固定することを特徴とする前記 (4 ) 項 〜 (6 ) 項の何れか一つに記載の各種植物および微生物の水質改善機能を利用 した富栄養化汚染水域の綜合的水質改善システム。
( 8 ) 廃発泡スチ口ールなどの浮力材料を通気性及び伸縮性のある素材によ る袋体に詰め込んだ後、 さらに水を通さない天然ゴム製の袋に詰め、 それを廃 タイヤ内部に充填することを特徴とする前記 (1 ) 項〜 (7 ) 項の何れか 1つ に記載の各種植物および微生物の水質改善機能を利用した富栄養汚染水域の綜 合的水質改善システム。 (9) 植物浮島の本体下部、 アンカー、 重り、 連結部材の何れもが水との接 触面積の大きな素材により形成されていることで、 各種植物や微生物の水質浄 ィ匕機能を最大限に活かすようにされていることを特徴とする前記( 1 )項〜 ( 8 ) 項の何れか 1つに記載の各種植物および微生物の水質浄化機能を利用した富栄 養化汚染水域の総合的水質改善システム。
(10) アンカーが表面多孔質形状の石材であり、 設置場所水底に固定され やすいように鈎構造や鋭角構造を備えたものとされていることを特徴とする前 記( 1 )項〜 ( 9 ) 項の何れか 1つに記載の各種植物およぴ微生物の水質浄化機能 を利用した富栄養化汚染水域の総合的水質改善システム。
(1 1) 重りが表面多孔質形状の石材であることを特徴とする前記(1)項〜 (10) 項の何れか 1つに記載の各種植物および微生物の水質浄化機能を利用 した富栄養化汚水水域の総合的水質改善システム。
(12) 汚水水域の一部または端部を区切って多段階の浄化水槽とし、 汚水取入れ口から取入れる処理水を各浄化水槽毎に汚水浄化状態に応じた効 率的な水質浄化を順次行うことができるように、 浄化水槽毎に段差を利用した 瀑気設備を設け、
浄化水槽底部に植物育成や微生物繁殖に好適な環境を形成するための表面多 孔質素材を用いた材料を敷きつめ、
水質浄化用に採用する各種植物や微生物を処理すベき汚水の状態に応じて選 択し、
処理を終えた浄ィヒ水を処理前の汚水と混合しないように設置水域に排水し、 したがって、 水質浄化処理自体には人工的エネルギーをまったく使用しない ように設計していることを特徴とする前記(1)項〜 (1 1) 項の何れか 1つに記 载の各種植物および微生物の水質浄化機能を利用した富栄養化汚水水域の総合 的水質改善システム。
(1 3) 水質浄化機能を有する植物として、 水耕栽培に適し窒素やリンの吸 収能力が高く、 生産管理性に優れ、 収穫性があると共に周囲の生態系に悪影響 を及ぼさず景観や気候風土にも適合するものを選択することを特徴とした前記 (1)項〜 (12) 項の何れか 1つに記載の各種植物および微生物の水質浄化機能 を利用した富栄養化汚水水域の総合的水質改善システム。
(14) 水質浄化機能を有する植物として、 バラ類、 食用になる香椿、 コリ ュウス、ケナフの何れかを選択することを特徴とする前記(13)項に記載の各種 植物や微生物の水質浄化機能を利用した富栄養化汚水水域の総合的水質改善シ ステム。 ( 1 5 ) 水質浄化機能を有する微生物として、 蛋白質や脂肪類を分解する菌 類、植物性繊維質類を分解する菌類、空気中や水中の窒素の固定化を行う菌類、 食塩を吸収する菌類の 1種または複数種の組合わせを水域の状況に合わせて選 択することを特徴とした前記( 1 )項〜( 1 4 )項の何れか 1つに記載の各種植物お よび微生物の水質浄化機能を利用した富栄養化汚水水域の総合的水質改善シス テム。
( 1 6 ) 蛋白質や脂肪類を分解する菌類として、 ァスペルギルス、 ムコール、 パクテリゥムスプチルス、 植物性繊維質類を分解する菌類として、 セルラーゼ 酵素を多く含むバタテリゥムメタニジィナス、 バクテリゥムサァモフイブリン コルス、 空気中や水中の窒素を固定化する菌類として、 パクテリゥムァステロ スポオラス、 クロストリイディムパストリアヌム、 食塩を吸収する好塩性酵母 類微生物菌類として、 トルラァァ一テン、 サッカロミセスカルスべルギニシス を採用することを特徴とした前記 (1 ) 項〜 (1 5 ) 項の何れか 1つに記載の 各種植物および微生物の水質浄化機能を利用した富栄養化汚水水域の総合的水 質改善システム。 効果
① 燐や窒素などを多量に含む富栄養化された生活排水の流入によ 汚染され た湖や沼、 池、 川などの水面に浮かべて根から富栄養価成分を吸収することで 水質浄化機能を有する植物を栽培 ·繁茂させる植物浮島、 植物浮島を水底に固 定するためのアンカー、 植物浮島の水面での浮き具合を調整するための重り、 植物浮島とアンカーと重りとを連結する連結部材とにより構成され、 植物浮島 の本体下部、 アンカー、 重り、 連結部材の少なくとも何れかに富栄養化成分を 吸収する能力をもつた水棲植物や好気性または嫌気性の微生物を設置水域の環 境条件に適合して選択し付着させることで、 水面部、 水中部、 水底部のすべて において同時進行的に水質改善効果が得られるようにしたことにより、 水面部、 水中部、 水底部のすべてにおいて同時進行的に水質改善効果が得られるように したことにより、 主に生活排水のために汚染された富栄養化水域のリンゃ窒素 その他に基づく環境悪化状態を水面部、 水中部、 水底部のいずれにおいても同 時進行的に改善し、 総合的かつ速やかな水質改善効果が期待できるようになる。
② 植物浮島の浮力構造部材として廃タイヤやチューブ、 廃発泡スチロールを 利用することにより、 適用水域に化学物質や環境ホルモンなどの有害物質が溶 け出すおそれの無い素材をリサイクル材料として安価に入手して大量に利用す ることができ、 広範囲な適用水域に対しても有効な水質改善効果を迅速に実現 することができるようになる。
③ 浮力構造部材として利用する廃タイヤの中心の中空部にも廃発泡スチロー ルなどの浮力材料を固定できる構造とすることで、 全体の浮力を増大させてい るので、 このような構造とした浮力構造部材の上には相当な重量物を載せても 水面上に浮かばせることが可能になる。 すなわち、 このような構造の部材とす ることで相当な重量物を載せても水面上に浮かばせ続けることが可能となり、 人間などを載せても安全な構造となし得る。 具体的には、 たとえば乗用車用の タイヤを利用する場合、 中心の中空部にも廃発泡スチロールを利用した浮力材 料を固定させることで 3 0 %以上の浮力向上が実現でき、 数個の浮力構造物を 使えば作業などに従事する人間を十分に支えることが可能となるのである。
④ 廃発泡スチロールなどの浮力材料を廃タイヤの中心の中空部に固定する構 造として、 ステンレス製などの金網材を用いることにより、 規格化した金網材 を工場生産で大量に製作することが可能になり、 大規模な実施がスピーディ且 つ容易に行えるようになる。
⑤ ステンレス製などの金網材に廃タイヤの中心の中空部の形状に追随した凹 入籠部をも形成していることにより、 該凹入籠部分にセラミック粒材などを充 填して設置水域の水分を利用しながら植物等を生育させることができるように なり、 その結果、 植物の根からの水分吸収を利用して水域のリンや窒素による 汚染を有効に除去することが可能となる。
⑥ ステンレス製などの金網材と廃タイヤ表面との間に 2〜 5 c m程度の空間 を形成するために緩衝材にもなる材質の部材によるスぺーサーを配置したこと により、 タイヤ表面上の金網材の上に植えられた植物もスぺーサ一による隙間 からその根を伸ばして設置水域の水中にまで至ることができ、 このような根に よる水分吸収を利用した汚染除去も期待することができるようになる。
⑦ 廃発泡スチロールなどの浮力材料を廃タイヤの中心の中空部に固定する構 造として、 中空部に収容した該浮力材料の上下を金網材で挟み込みボルトとナ ットなどの固定手段により強固に固定することで、 簡単且つ確実に浮力をより 向上した構造体を得ることができ、 重量物を載せるための浮力構造体を容易に 実現することが可能となる。
⑧ 廃発泡スチロールなどの浮力材料を通気性及び伸縮性のある素材による袋 体に詰め込んだ後、 さらに水を通さない天然ゴム製の袋に詰め、 それを廃タイ ャ内部に充填することで、 細かく砕いた廃発泡スチロールを廃タイヤ内部に詰 め込む際に生じる詰め込みのやり難さを適切に解消することができるようにな る。
すなわち、 細かく砕いた発泡スチロールは非常に軽く、 しかもサラサラとし て滑り易いので廃タイヤ内部に充分な量をしつかりと詰め込むことは難しい。 そこで、 たとえばストッキング素材などのように通気性と伸縮性を充分に備え た素材による袋体をまず利用してこれに必要とする密度で細かく碎いた廃発泡 スチロールを詰め込み、 その袋体を更に天然ゴム製の別の袋体に詰め込んで、 これを廃タイヤ内部に充填するものとしたのである。
これにより充填された発泡スチロールそのものは水に浸されることがなくな り、 充分な浮力を長期間安定した状態で廃タイヤに付与することが可能となる のである。
⑨ 植物浮島の本体下部、 アンカー、 重り、 連結部材の何れもが水との接触面 積の大きな素材により形成されていることで、 各種植物や微生物の水質浄化機 能を最大限に活かすようにされていることにより、 生活排水により汚染された 水域を最大限の効率性で植物や微生物の自然な浄化力を活用して水質改善効果 を実現できるようになる。
⑩ アンカーが表面多孔質形状の石材であり、 設置場所水底に固定されやすい ように鈎構造や鋭角構造を備えたものとされていることにより、 水底での水質 浄化を効率的に行うと共に、 植物浮島をアンカーの碇効果により適切に設置場 所に固定し、 望ましい水質改善効果を狙った水域において実現することが可能 となる。
⑪ 重りが表面多孔質形状の石材であることにより、 重りが存在している水中 域においても微生物を利用した水質改善効果が着実に得られるようになる。 ⑫ 汚水水域の一部または端部を区切って多段階の浄化水槽とし、 汚水取入れ 口から取入れる処理水を各浄化水槽毎に汚水浄化状態に応じた効率的な水質浄 化を順次行うことができるように、 浄化水槽毎に段差を利用した瀑気設備を設 け、 浄化水槽底部に植物育成や微生物繁殖に好適な環境を形成するための表面 多孔質素材を用いた材料を敷きつめ、 水質浄化用に採用する各種植物や微生物 を処理すべき汚水の状態に応じて選択し、 処理を終えた浄化水を処理前の汚水 と混合しないように設置水域に排水し、 したがって、 水質浄化処理自体には人 ェ的エネルギーをまったく使用しないように設計していることにより、 段差な どの適用場所の自然の地形を最大限に利用しながら、 植物や微生物の活動に必 要な酸素などを該段差を利用した瀑気設備により処理水中に取り込ませ、 周囲 の自然景観と調和した生活排水汚染水域の水質改善システムを人工的なェネル ギーをまったく用レ、ずに稼動させ、 長期間にわたって有効に機能させることが 可能となる。
⑬ 水質浄化機能を有する植物として、 水耕栽培に適し窒素やリンの吸収能力 が高く、 生産管理性に優れ、 収穫性があると共に周囲の生態系に悪影響を及ぼ さず景観や気候風土にも適合するものを選択することにより、 水質改善システ ム全体を適用箇所の条件に適合させてし力 も有効性や経済性においても優れた ものとなし、 自然環境と自然材料のみを利用したものでありながら、 人工的な 水質改善システムに勝るとも劣らない実績を上げることができるようになる。 ⑭ 水質浄化機能を有する植物として、バラ類、食用になる香椿、 コリュウス、 ケナフの何れかを選択することにより、 生活排水に由来するリンゃ窒素の吸収 性に優れていながら、 適用水域の景観性を向上することができ、 また、 観賞用 や食用、 各種の材料素材の原料と成り得る有用植物を採用することで、 成長す ることで充分な水質浄化機能を果たした採用植物を商品性のあるものとして収 穫回収して単なる水質浄化を超えて収益性をも得ることができるようになる。 ⑮ 水質浄化機能を有する微生物として、 蛋白質や脂肪類を分解する菌類、 植 物性繊維質類を分解する菌類、 空気中や水中の窒素の固定化を行う菌類、 食塩 を吸収する菌類の 1種または複数種の組合わせを水域の状況に合わせて選択す ることにより、 適用水域の個々具体的な汚染状況に応じた適切な水質浄化を図 ることが可能となる。 すなわち、 蛋白質や脂肪分が大量に排出されて汚染され た水域にはそれらの分解機能に優れた微生物を主として用い、 繊維質が多量に 排出されたことによる汚染水域にはすの分解に相応しい微生物を採用し、 塩害 による汚染水域には塩分吸収能力に優れた微生物を活用するなどである。
このような特定の物質についての優れた分解能力を備えた微生物や細菌類は 各複数種類のものが知られているが、 実際の汚染水域の環境条件などに応じて 最適のものを選択する。 また、 複合的な汚染水域には各種微生物や細菌類を組 合わせて配合し、 望ましい水質改善効果が得られるように配慮する。
本発明のシステムは多様な種類の植物や微生物、 細菌類などを水面、 水中、 水底などの所望の位置に配置させ適切に成長や繁殖をさせることができるので、 複雑且つ多様な環境条件と成り得る汚染水域の状況に最適な水質浄化機能を実 現できるものである。
⑯ 蛋白質や脂肪類を分解する菌類として、 ァスペルギルス、 ムコール、 バク テリゥムスプチルス、 植物性繊維質類を分解する菌類として、 セルラーゼ酵素 を多く含むバクテリゥムメタニジィナス、 バタテリゥムサァモフイブリンコル ス、 空気中や水中の窒素を固定化する菌類として、 バクテリウムァステロスポ ォラス、 クロストリイディムパストリアヌム、 食塩を吸収する好塩性酵母類微 生物菌類として、 トルラァァ一テン、 サッカロミセスカルスべルギニシスを採 用することで、 より効率的な水質浄化機能を実現することができるようになる。 すなわち、 これらの菌類や微生物類は上記した特定の汚染物質を分解浄化す ることにおいて特に優れた機能を有していることが発明者の対照試験などから 明らかになったもので、 適用水域の汚染状況に応じて迅速且つ効果的な水質浄 化が実現することを確認している。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明の植物浮島の基本的単位となる構造を模式図的に説明した ものであり、 第 2図は複数個の基本構造体を連結して実際に適用水域において 設置する場合の 1例を示した説明図である。 しかして、 これらの図面において 1は植物浮島、 2は浮力構造体、 3は廃タイヤ、 4は発泡スチロール破碎片、 5は通気性 ·伸縮性を持った袋体、 6は天然ゴム製の密封袋体、 7は廃タイヤ の中心の中空部、 8は凹入籠部、 9は水面、 1 0は金網部材、 1 1は空間、 1 2はスぺーサ一、 1 3は連結材であり、 1 4は浮島作業用通路である。 発明を実施するための最良の形態
上記してきたような本発明による水質浄化システムの具体的な実施形態の若 干例について、 発明者等が実際に行った各種試験例に従って以下説明する。 本発明システムは主に生活排水に起因する窒素ゃリンにより富栄養化されて 汚染した水域の水質浄化を図ることを目的とし広大な汚染水域全体を効率的に 浄化するために低コストに入手できるリサイクル材料などの安価な構造材料を 利用しながら、 自然環境への悪影響を及ぼさないために人工的な材科を極力排 除し、 しかも実効的な水質浄化機能は自然の植物や微生物、細菌類などの分解 - 吸収能力を活用するものである。
また、 このような植物や微生物の優れた水質浄化機能を広範囲に及ぶ実際の 汚染水域に対して実効的に機能させるために、 低コスト且つ周囲の自然環境に 配慮しながら実現することを目的として、 植物等生育の基盤となる浮力構造体 を主に廃タイヤや廃発泡スチロールをリサイクル利用することを提案し、 しか もこのようなリサイクル利用を簡易迅速に行うための手法についても研究を重 ねて本発明を実現可能性の高いものとして完成したものである。 本発明の浮力構造体を製造する上で重要な廃タイヤや廃発泡スチロールをリ サイクル利用して作成する浮力構造体の具体的な作成手法について簡単に説明 する。
廃タイヤのサイズは、 必要な個数を揃えることができるのであれば、 通常の 乗用車用のものでも大型車用のものでも構わない。 直径で数十 c mから l ni程 度のものになるが、 これらの内部に空気に近レ、浮力を持つた発泡スチ口ールの ような浮力材料が隙間無く充填されると、 通常の乗用車用タイヤ 1本当たりで 3 0〜4 O kg前後の浮力を得ることができることを確認している。
浮力材料としては発泡スチロールが好ましいが、 これも廃棄されたものをリ サイクルして使用すれば充分である。 上記のようにタイヤ内部に隙間無く充填 させるためには、 発泡スチロールを大きな塊としてではなく直径数センチ以下、 好ましくは直径 1 c m以下程度の細かな粒状に碎いて使用する必要がある。
し力 し、 このように細かく碎いた発泡スチロールをそのままタイヤ内部に入 れても容易に設置水域に流れ出してしまい、 却って環境破壌の原因になってし まう。 そこで、 天然ゴム製などの長期間安定して使用可能で環境に悪影響を与 える恐れのある化学物質などが溶け出すことのない素材による袋体に砕レ、た発 泡スチロールを詰め込み、 こうした状態でタイヤ内部に充填することが必要に なる。
ただし、 天然ゴム製の袋体に、 充分な量の細かく砕いた発泡スチロールをし つかりと詰め込むことは実際には困難な作業であることが見出され、 これを解 消する手法について見当を重ねた。 その結果、 細かく碎いた発泡スチロールが 漏れ出すことはないが、 十分な通気性と伸縮性を持った素材による袋体に詰め 込んでこれを更に天然ゴム製の袋体に詰め込むようにすると、 効率よく確実に 必要充分な量の破碎発泡スチロールを廃タイヤ内部に充填し密封できることを 見出し、 本発明においても採用することとした。
本発明で用いる浮力材料はこのようにして制作することを基本としている。 このようにして制作された廃タイャと廃発泡スチ口ールを基本材料とする浮 力構造体は、 あたかも普通に空気が充填されたタイヤと同等の充分な浮力をも つて水面に浮かぶことができ、 しかも数年以上にわたる長期間であっても空気 洩れにより浮力が減少するなどということがなく、 適用水域を汚染する化学物 質が溶出するようなことも起こらない。 本発明で使用する植物生育用浮島は、 このような廃タイヤと廃発泡スチロー ルを基本材料とした浮力構造体を複数個組合わせて筏のように構成し、 全体と て十二分な浮力を得るようにして形成するものである。 組合わせの手法は適用 しょうとする水域の状況は生育させようとする植物の種類や重量などとの関係 から適切なものを選択すると考えれば問題はない。 前記したように廃タイヤを 利用した本発明の浮力構造体 1つで 2 0〜3 O kg程度の浮力は得られるので、 1年性の植物程度を生育させながら水面に浮かばせることは容易である。 それ よりも重量の嵩む多年性植物を生育するためや、 維持管理を行う作業員用の移 動通路を形成するためには複数個の浮力構造体に重量が分散する構成を採って 1 0 O kg前後の重量が部分的に掛かっても安定且つ安全な状態を維持させるこ とができることを実験的に確認している。 このような本発明で採用する浮力構造体の浮力をより一層向上させるために 開発した手法について説明する。 すなわち、 廃タイヤはその中心部分が中空状 態とされたドーナツ形状をしているので、 タイヤ内部に破砕発泡スチロールを 充分に充填できたとしてもこの中空部分においては何ら浮力を生じさせること ができないことが理解される。 そこで、 ある程度以上の重量物を載せたり、 作 業員の移動通路などとして利用しょうとする場所においては、 浮力構造体 1個 当たりの浮力総量をより一層高めることが望まれるのである。 そのために本発 明においては、 上記のように袋体などを利用して適宜にまとめた浮力材料をこ のタイヤ中心部の中空部に固定して浮力構造体の全体としての浮力を高める手 法をも提案している。 つまり、 タイヤ中空部に収容させた浮力材料の上下をス テンレス製などの金網材を利用して挟み込み、 しかもボルトやナツトなどを利 用した公知の固定手段を活用して一体化するものである。 このようにすること で、 本発明の浮力構造体は全体として 3 0 %以上の浮力向上が可能であること を実験的に確認できている。
浮力を向上させたこの構造体は、 より少ない個数で相当な重量物を支えるこ とが可能であり、 本発明を実施する際の作業用の通路などに採用するのが好ま しいことは明らかである。 次に本発明の植物浮島の具体的な構成例について説明する。 上記のような廃 タイヤと廃発泡スチロールとを基本として構成された浮力材料に対して、 その 実用的な浮力の範囲内で実際に植物を生育させるための構造物を载置させるこ とになる。 本発明では生育させる植物の根を介して適用水域の窒素分ゃリン分 を吸収させる必要があるので、 植物の根が実際に適用水域から水分を吸収する ことができる構造となっていなければならない。 つまり、 採用する植物の根が 富栄養化された汚染水に直接的に触れるようになっていなければならないので ある。 このために網状の籠部材に植物を植え込み、 網目を通して浸透してくる 適用水域の水分が根に触れるようにしておく。 この場合に植物を植え込む土壌 として普通の土を採用すると、 網目を通して溶け出してしまい逆に水域を汚す ことになり、 また土が流出すれば植物自体の生育も続けることができない。 か りに流れ出さない土が残るとしても、 植物の根は水に浸されたままの状態に置 かれるので呼吸ができず、 正常な成長をすることができない。
そこで、 本発明では籠部材の網目から流出することなく、 しかも植物の根に 正常な呼吸を可能とするための酸素を長期的に供給できる新たな土壌材を採用 することとした。 すなわち、 籠部材の網目よりも大きな粒状とされた少なくと も表面多孔質構造のセラミックス製粒状材である。 このような多孔質セラミッ タス素材も廃セラミッタスのリサイクル材料として安価に大量入手することが できるもので、 本発明ではその粒径を網目以上のものに揃えるべく加工するだ けで足りる。 多孔質セラミックスはその微細孔部分に空気を保持した状態にあ るので、 植物の根はこれを利用して呼吸することができ、 したがって通常は根 が水に浸されたままでは生育することができない陸生の植物であっても有効に 成長させることができるようになる。 ここで、 窒素やリンといった生活廃水に 基づく富栄養化汚染物質の吸収力という観点からすると、 陸生植物は水生植物 と比較すれば通常 1 0〜 2 0倍以上の窒素分やリン分を吸収することが知られ ており、 陸生植物を利用した水質浄化の優位性が理解できるのである。
また、 空気を多量に含んでいることから水に対する比重も小さく、 実際には 適用水域の水に浸されたままの状態で使用されることになるので、 実質的に本 発明の植物浮島の浮力を利用しないで植物を保持して生育させることになる。 さらに、 この多孔質セラミックス素材はその比重を変えることなどで水中や 水底にも使用できるものであり、 該微細孔は各種有害物質を分解して水質浄化 することができる様々な微生物や細菌類などの好適な生育場所としても活用で きるものである。 各種微生物や細菌類の水質浄化機能をも総合的に利用して汚 染水域の水質浄化を図る本発明において多孔質セラミックス素材の果たす役割 は大きいものである。 上記してきたような本発明の植物浮島 1のもっとも基本的な構造模式図の 1 例を第 1図に示す。 浮力構造体 2は、 廃タイヤ 3とその内部に充填された廃発 泡スチロール破砕片 4とを基本として形成されているが、 この廃発泡スチロー ル破碎片 4は伸縮性且つ通気性を持った袋体 5に収容された後、 さらに天然ゴ ム製の袋体 6に密封され、 その状態で廃タイャ 3の内部に充填されるものであ る。 こうすることで、 粒状にされた廃発泡スチロール 4がスムースに十分な量 で廃タイヤ 3に充填されると共に密封状態ともなり直接水に触れることなく長 期間充填状態が維持でき、 水域に流出するようなことも無くなるのである。 廃タイヤ 3の中心の中空部 7にはその形状に追随したステンレス製金網材に よる凹入籠部 8が嵌め込まれる。 ここに通常の土による土壌に代えて多孔質セ ラミックス素材による粒材を入れて本発明用の土壌となし、 適用水域の汚染物 質除去に適した各種睦生植物を植え込むのである。 凹入籠部 8はその半分程度 が水面 9より下の水中に没することになり適用水域の水分は多孔質セラミック ス素材粒材の土壌中に染み渡ることになつて、 その中の窒素分ゃリン分は植物 の根によって、 その成長のためにどんどん吸収されることになるのである。 植 物の成長による重量増加によって凹入籠部 8のほとんどが水面下に入るとして も、 多孔質セラミックス素材粒材中に張った植物の根は微細孔内の空気を利用 した呼吸が継続できるので枯れてしまうようなことにはならない。 また、 この ような凹入籠 8を用いずに竹製の籠などを用いても略同様の効果を得ることは 可能である。
また、 浮力構造体である廃タイヤ 3の上にもステンレス製などによる金網部 材 1 0を上記凹入籠部 8と一体化し、 または別体のものとして载置するが、 こ れは該部分においても適宜な各種植物を生育させるためである。 この部分に採 用する植物は、 網目を通して成長する根が直接適用水域の水中に入ってそこか ら水分と共に窒素やリンといつた汚染物質を吸収することが望まれるもので、 このような条件でも通常の成長が期待できる水生植物に近い種類のものであつ て構わない。 さらにこの場合、 網目の隙間から水中へ根を成長させようとする 妨げにならないように、 廃タイヤ 3の表面と金網部材 1 0との間に若干の空間 1 1が形成されるようにスぺーサー 1 2を取付けておく。 このスぺーサー 1 2 は廃タイヤ 3と金網部材 1 0との緩衝材ともなり得るような材質のものを選ぶ ことが好ましい。 このような植物浮島 1の基本構成体を複数個筏状に組合わせて広範囲な適用 水域に設置させるのが本発明の実際の使用状況になるが、 その際の複数個の組 合わせ状況の若干例を第 2図に示す。 すなわち、 連結材 1 3を用いて複数個の 基本構成体を結び付け、 全体として大きな植物浮島 1となすのである。 この連 結材 1 3は軽量且つ強度の十分なものが選択されるべきであるが、 本発明の趣 旨から適用水域環境に悪影響を及ぼすようなものは使用されるべきではない。 また、 低コストに広範囲な水域への適用が可能となるように安価に入手できる リサイクル素材などを活用すべきである。
複数個の基本構成体を組合わせた植物浮島 1の全体形状は、 実際にこれを適 用しょうとする汚染水域の地形などに合わせて自由に決定されるものである。 ただし、 広大な汚染水域に対して実効性のある水質改善効果を実現するには相 当な範囲で植物浮島 1を適用する必要があり、 その点、 廃棄物のリサイクル利 用による低コスト化を実現した本発明は、 実験室的な実施内容を超えた実効性 ある効果を現実に上げ得るものとなっている。 浮島作業用通路 1 4は、 前記し たような浮力向上を図った基本構造体を組合わせたものに重量がかかるように 設計しておけば、 作業員の通行などに支障をきたすこともない。
また、 本発明は浮島 1上で生育させる各種植物を利用した水質改善のみでな く、 浮島 1を水域に固定するためのアンカーや重り、 その他の構成部材におい ても上記した多孔質セラミックス材などを有効活用して各種水草や水生植物、 微生物や細菌類などを適用条件に即して選択し組合わせ、 それにより水面部に おいてのみならず、 水中部や水底部においてもそれぞれに独自の水質改善効果 を上げるようにして、 その結果、 総合的な水辺の環境浄化を実現しているもの である。 さらに本発明においては、 植物浮島のみでなくこれらを利用しながら、 適用 水域の一部の地形条件をも利用してより一層効果的な水質改善システムとする ことも提案している。 すなわち、 汚染水域自体に若干の高低差による水流があ るような地形がある場合には、 該水域を 2段以上の多段階域に区分けし、 冗談 から下段に水流が進むに連れて徐々に水質浄化が進行する形態を採るように地 形自体に加工を施すのである。
つまり、 生活廃水で汚染された河川が湖等に緩やかに流入するような地形に おいて、 その流入口付近の地形を多段の浄化設備とし、 汚染水が湖等に流入す るまでに水質浄化を完了して汚染水域が拡大することを阻止しょうとするもの である。
具体的には、 適用箇所の汚染状態を解消するに適した植物群や微生物群、 細 菌類群を各段階毎に組合わせて準備し、 また各段毎にこれらの植物群、 微生物 群、 細菌類群が生育するのに適した環境条件を整えるのである。 すなわち、 上 記してきた植物浮島を利用することに加えて、 適用水域の水底部にも多孔質セ ラミツクス体の破砕片などを敷きつめて水質浄化機能を有する特定の植物ゃ微 生物、 細菌類が成長 ·繁殖し易いベース環境を整え、 段差を水流が越えること で瀑気を行い水中に酸素を適度に吸収させて植物の根や微生物、 細菌類の呼吸 を確保するものである。
この多段式汚水浄化システムは、 あくまでも適用水域の自然な地形状態を最 大限に利用するもので、 大掛かりな掘削工事やコンクリート施工による地形の 変形工事などの環境に多大な影響を及ぼす手段は採用しない。 可能な限り自然 物由来の材料で河川の湖などへの流入域に最小限の加工を行い、 段差を明確に することで瀑気設備となし、 水底に多孔質セラミックス材料を敷きつめ、 必要 に応じて本発明の植物浮島をも併用し、 それぞれの汚染状況に応じた適切な植 物や微生物、 細菌類を水質浄化のために生育させるのである。 ただし、 段階的 に浄化処理を経た処理水が処理前の汚染水と混合することが無いように設計し、 生活廃水で窒素や ンにより汚染された河川等の水流が湖等に流れ込んで広大 な汚染水域を形成しないように十分な配慮をする必要がある。
このシステムでは、 ことさらな人工的工事が不要であるのみならず、 これを 稼働させるための動力エネルギーなども不要で、 周囲の自然景観を損なうこと もなく、 最小限の維持管理作業を行うだけで効率的な水質改善効果を実現する ことが可能となるのである。 以下に示す各実施例は、 本発明を植物の種類に応じてそれぞれ実際に特定の 汚染水域などに適用してその水質浄化機能を確認したものである。 実施例 1
適用植物:「バラ」
中国雲南省滇池の水質浄化実験に使用しました。 茎を水に挿すだけで容易に 繁殖ができ、 窒素分とリン分の吸収能力がかなり高い植物である。 本発明の植 物浮島で 3 0 c mの高さから栽培した。
その結果、 1本のバラが 1年間で平均 236. 5gの窒素、 1. 225gのリンを吸収す ることが判明した。 つまり、 1 m2当たりにバラ 4本を植えると、 年間で 0. 946kg の窒素、 0. 0049kgのリンを吸収させることができる。 3000 m2の生活廃水汚染水 域の 2%、即ち 60 m2分の浮島を設置し、年間 56. 76kgの窒素と 0. 294kgのリンを 吸収させる実績を得て、 汚染水域全体に対しての水質浄化効果が顕著に認めら れました。
実施例 2
適用不 I物: I杳¾=」 (学名 Toona sinensis (A. Juss) Roem 英文名 China Toona落 葉喬木)
中国雲南省滇池の水質浄化実験に使いました。 若い芽が野菜として食べられ る植物である。 若い芽 100gの中に含まれたリンの成分は 120mgであり、 それは トマトの 29mgの約 4倍、 キユウリの 37mgの 3. 2倍、 セロリの 61mgの約 2倍、 ニンジンの 30mgの 4倍に相当する。 ということは、 リンの吸収量が一般の植物 と比べるとはるかに高く、 したがって当然リン分を吸収し浄化する効果も同様 に高いものと理解できる。
実施例 3
適用植物: 「コリュウス」 (学名: Coleus blumei)
中国雲南省滇池の水質浄化実験に使いました。水質浄化栽培時に根の総本数の δ窒 ¾ y 長さは 2. 04m/本であったのに対し、 実験開始後 80 日で 120. 29m/本となり、 約 59倍の成長となりました、 植物全体の重さは 29g/本に対し 206g/本になって、 176g/本が増えました。 TNの浄化率が約 70%です。
実施例 4
適用植物: 「ケナフ」 (学名 : Hibiscus cannabinus—了フ 力西部原産のァオイ 科フヨゥ属の一年草)
中国雲南省滇池の水質浄化実験に使いました。 春に播種後、 秋の収穫期には 高さ 4〜5m、 下部直径 10cmの太さに成長し、 面積当たりの収穫高が木材より相 当に多いので、 パルプの代替原料として利用価値がある。 また、 同時に水中窒 素、 リンの吸収効率が大きいので、 効率的な水質浄化機能が実現できる。 実施例 5
適用植物:香椿、 バラ、 ジャスミン、 豌豆、 アロエ、 ガザニァなど
中国雲南省滇池において、 2 0 0 4年 8月から 2 0 0 5年 1月まで実験を行い ました。 約 3 0 0 0 rrfの窒素ゃリンによる富栄養化水域の 2 %に対して本発明 の植物浮島を設置し、 上記各植物を植えて生育させた。 実験開始後 5ヶ月を経 過した時点における適用水域の水質浄ィヒ効果が以下の通りである。 原水 処理水 除去率 ン 1.815 0.177 90.2% 素 12.65 1.45 88.5%
3D 223.8 60.7 72.8%
3D 28.7 1.2 95.8%
3 105 19 82% リンや窒素ばかりでなく、 CODや BOD、 SSなどもその大部分が除去されて おり、 水質浄ィヒ効果が非常に高いことが理解される。 産業上の利用可能性
以上説明してきた本発明を実施することにより、 年間の平均水温が 0 °C以上 であり、 本発明で採用する各種植物等が生存 ·成長できる環境条件にある生活 廃水で富栄養化汚染された湖や流速の緩やかな河川、 公園の池、 ダム湖などの 適切な水質浄化が可能になり、 しかも基本構造物をリサイクル品により構築す るので、 既存の水質浄化システムの数十分の 1のコストで実効的な実施が図れ る。 また、 植物群として陸生植物を採用できるようにしたため、 水生植物に比 較して浄化効果が数十倍になり、 しかも植物選択の幅が大きく広がる。つまり、 経済的効果を見込める収穫性のある植物、 重金属など特殊な成分を吸収する能 力のある植物なども適切に利用できるのである。 したがって、 水質浄化施設に 収穫による経済効果をも期待できるようになる。
また、 本発明の植物浮島は波風の強い湖などでも設置可能で、 しかも作業用 通路などを適宜に設けて維持管理しゃすいものとなし得る。
したがって、 適用水域に水上農園や水上公園を作ったり、 ろ過 .緑化水循環 装置とすることも可能であって、 産業上の利用可能性において優れた発明であ ると理解できるものである。

Claims

請求の範囲
1 燐や窒素などを多量に含む富栄養化された生活排水の流入により汚染され た湖や沼、 池、 川などの水面に浮かべて根から富栄養価成分を吸収することで 水質浄化機能を有する植物を栽培 ·繁茂させる植物浮島、 植物浮島を水底に固 定するためのアンカー、 植物浮島の水面での浮き具合を調整するための重り、 植物浮島とアンカーと重りとを連結する連結部材とにより構成され、 植物浮島 の本体下部、 アンカー、 重り、 連結部材の少なくとも何れかに富栄養化成分を 吸収する能力をもつた水棲植物や好気性または嫌気性の微生物を設置水域の環 境条件に適合して選択し付着させることで、 水面部、 水中部、 水底部のすべて において同時進行的に水質改善効果が得られることを特徴とした各種植物およ び微生物の水質浄化機能を利用した富栄養化汚染水域の総合的水質改善システ ム。
2 植物浮島の浮力構造部材として廃タイヤやチューブ、 廃発泡スチロールを 利用することを特徴とする請求項 1に記載の各種植物および微生物の水質浄化 機能を利用した富栄養化汚染水域の総合的水質改善システム。
3 浮力構造部材として利用する廃タイヤの中心の中空部にも廃発泡スチロー ルなどの浮力材料を固定できる構造とすることで、 全体の浮力を増大させてい ることを特徴とする請求項 1に記載の各種植物および微生物の水質浄化機能を 利用した富栄養化汚染水域の綜合的水質改善システム。
4 廃発泡スチロールなどの浮力材料を廃タイヤの中心の中空部に固定する構 造として、 ステンレス製などの金網材を用いることを特徴とする請求項 3に記 載の各種植物および微生物の水質浄化機能を利用した富栄養化汚染水域の綜合 的水質改善システム。
5 ステンレス製などの金網材に廃タイヤの中心の中空部の形状に追随した凹 入籠部をも形成していることを特徴とする請求項 1〜請求項 4の何れか 1つに 記載の各種植物および微生物の水質浄化機能を利用した富栄養化汚染水域の綜 合的水質改善システム。
6 ステンレス製などの金網材と廃タイヤ表面との間に 2〜 5 c m程度の空間 を形成するために緩衝材にもなる材質の部材によるスぺーサーを配置したこと を特徴とする請求項 4または 5に記載の各種植物および微生物の水質改善機能 を利用した富栄養化汚染水域の綜合的水質改善システム。
7 廃発泡スチロールなどの浮力材料を廃タィャの中心の中空部に固定する構 造として、 中空部に収容した該浮力材料の上下を金網材で挟み込みボルトとナ ットなどの固定手段により強固に固定することを特徴とする請求項 4 ~ 6の何 れか一つに記載の各種植物および微生物の水質改善機能を利用した富栄養化汚 染水域の綜合的水質改善システム。
8 廃発泡スチ口ールなどの浮力材料を通気性及び伸縮性のある素材による袋 体に詰め込んだ後、 さらに水を通さない天然ゴム製の袋に詰め、 それを廃タイ ャ内部に充填することを特徴とする請求項 1~7の何れか 1つに記載の各種植物 および微生物の水質改善機能を利用した富栄養汚染水域の綜合的水質改善シス テム。
9 植物浮島の本体下部、 アンカー、 重り、 連結部材の何れもが水との接触面 積の大きな素材により形成されていることで、 各種植物や微生物の水質浄化機 能を最大限に活かすようにされていることを特徴とする請求項 1〜 8の何れか 1つに記載の各種植物および微生物の水質浄化機能を利用した富栄養化汚染水 域の総合的水質改善システム。
1 0 アンカーが表面多孔質形状の石材であり、 設置場所水底に固定されやす いように鈎構造や鋭角構造を備えたものとされていることを特徴とする請求項
1〜 9の何れか 1つに記載の各種植物および微生物の水質浄化機能を利用した 富栄養化汚染水域の総合的水質改善システム。
1 1 重りが表面多孔質形状の石材であることを特徴とする請求項 1〜 1 0の 何れか 1つに記載の各種植物および微生物の水質浄化機能を利用した富栄養化 汚水水域の総合的水質改善システム。
1 2 汚水水域の一部または端部を区切って多段階の浄化水槽とし、
汚水取入れ口から取入れる処理水を各浄化水槽毎に汚水浄化状態に応じた効 率的な水質浄化を順次行うことができるように、 浄化水槽毎に段差を利用した 瀑気設備を設け、
浄化水槽底部に植物育成や微生物繁殖に好適な環境を形成するための表面多 孔質素材を用いた材料を敷きつめ、
水質浄化用に採用する各種植物や微生物を処理すべき汚水の状態に応じて選 択し、
処理を終えた浄化水を処理前の汚水と混合しないように設置水域に排水し、 したがって、 水質浄化処理自体には人工的ェネルギーをまったく使用しない ように設計していることを特徴とする請求項 1〜請求項 1 1の何れか 1つに記 載の各種植物および微生物の水質浄化機能を利用した富栄養化汚水水域の総合 的水質改善システム。
1 3 水質浄化機能を有する植物として、 水耕栽培に適し窒素やリンの吸収能 力が高く、 生産管理性に優れ、 収穫性があると共に周囲の生態系に悪影響を及 ぼさず景観や気候風土にも適合するものを選択することを特徴とした請求項 1 〜請求項 1 2の何れか 1つに記載の各種植物および微生物の水質浄化機能を利 用した富栄養化汚水水域の総合的水質改善システム。
1 4 水質浄化機能を有する植物として、 パラ類、 食用になる香椿、 コリュウ ス、 ケナフの何れかを選択することを特徴とする請求項 1 3に記載の各種植物 や微生物の水質浄化機能を利用した富栄養化汚水水域の総合的水質改善システ ム。
1 5 水質浄化機能を有する微生物として、 蛋白質や脂肪類を分解する菌類、 植物性繊維質類を分解する菌類、 空気中や水中の窒素の固定化を行う菌類、 食 塩を吸収する菌類の 1種または複数種の組合わせを水域の状況に合わせて選択 することを特徴とした請求項 1〜請求項 1 4の何れか 1つに記載の各種植物お よび微生物の水質浄化機能を利用した富栄養化汚水水域の総合的水質改善シス テム。
1 6 蛋白質や脂肪類を分解する菌類として、 ァスペルギルス、 ムコール、 バ クテリウムスプチルス、 植物性繊維質類を分解する菌類として、 セルラーゼ酵 素を多く含むバクテリゥムメタニジィナス、 パクテリゥムサァモフィプリンコ ルス、 空気中や水中の窒素を固定化する菌類として、 パクテリゥムァステロス ポオラス、 クロストリイディムパストリアヌム、 食塩を吸収する好塩性酵母類 微生物菌類として、 トルラァァ一テン、 サッカロミセスカルスべルギニシスを 採用することを特徴とした請求項 1 5に記載の各種植物および微生物の水質浄 ィ匕機能を利用した富栄養化汚水水域の総合的水質改善システム。
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